JP4425190B2 - ボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明はボンディング装置に係り、特にボンディング対象について表面処理を行った後ボンディング処理を行うボンディング装置に関する。

ボンディング装置として、チップの電極部と回路基板のリード端子との間を金属細線で接続するワイヤボンディング装置が知られている。金属細線が接続されるチップの電極部はボンディングパッドと呼ばれ、回路基板のリード端子はボンディングリードと呼ばれることがあるが、これらに金属細線を超音波接続技術あるいは熱圧着接続技術等を用いて接続する際に、これらの表面状態の重要性が認識されている。すなわち、ボンディングパッドの金属層又はボンディングリードの金属層の表面が汚染され、あるいは異物があると、金属細線との間で良好な電気的接合を行うことができず、また機械的接合強度も弱い。そこで、ボンディング処理を行う前に、ボンディングパッドあるいはボンディングリードの表面処理を行うことが試みられる。

例えば、特許文献１には、被接続表面をクリーニングしてからワイヤボンディングを行う装置等が開示され、そこでは、プラズマジェット部とワイヤボンディング部とが一体構成されるワイヤボンディング装置が述べられている。プラズマジェット部は、外側誘電体管と内側誘電体管とからなる同軸の二重構造で、外側誘電体管には接地された円錐状電極が、内側誘電体管の内部には丸棒状の高周波電極がそれぞれ設けられ、この間に例えばアルゴンガスを導入した上で大気中グロー放電を起こさせて、低温プラズマを生じさせる。このようにして発生したプラズマをガス噴出口から噴出させ、ＢＧＡ基板の電極の上に暴露し、この上にあるコンタミネーションを除去し、その後ワイヤボンディングを行う。

また、特許文献２には、プラズマ処理装置等が開示され、ここでは、安定したグロー放電によるプラズマ処理を行うため、ストリーマー放電を抑制する方法として、電極を冷却すること等が述べられている。このプラズマ処理装置を用いたシステムとして、ベルトコンベア等で搬送されるＩＣ搭載回路基板の電子部品を囲む複数のボンディングパッドの表面処理を行うものが述べられている。ここでは、基板の各ボンディングパッドの座標を読み込み、その座標に従ってプラズマジェットの吹き出し位置の移動を制御し、順次送りにより、ボンディングパッドのみにプラズマ処理を行う。

また、特許文献３にはマイクロプラズマＣＶＤ装置が開示され、そこでは絶縁材料からなる筒状のプラズマトーチの細くなっている先端部に高周波コイルを設け、プラズマトーチ内にワイヤを通す構成において、プラズマトーチ内のワイヤと高周波コイルとの間で高周波電力による誘導プラズマを生じさせることが述べられている。ここで、プラズマトーチの先端の直径はおよそ１００μｍで、これにより２００μｍ程度の領域に、高密度マイクロプラズマを用いて、カーボン等の材料を大気中で堆積させることができると述べられている。

特開２０００−３４０５９９号公報 特開平１１−２６０５９７号公報 特開２００３−３２８１３８号公報

特許文献１及び２の技術は、グロー放電によってプラズマ化したガスを用いている。この方法は容量結合型のプラズマ発生方法で、放電を伴うので、素子への損傷等の影響がある。現実に特許文献１，２で述べられている実施例は、回路基板の接続部、つまりボンディングリードに限られている。

特許文献３の技術は、高周波コイルによる誘導プラズマを用いるもので、いわゆる誘導結合型のプラズマ発生方法に属する。一般的に誘導結合型プラズマは、熱プラズマであり、プラズマ温度は高温で、そのままでは素子に損傷を与える。特許文献３のマイクロプラズマ技術は、この熱プラズマを極めて狭い空間で安定に発生させる技術を開示しており、それによれば、限定した小さな領域にプラズマを照射でき、熱的損傷を与えることが少ない。これらのことから、特許文献３のマイクロプラズマ技術はボンディング処理の前の表面処理に使用可能と考えられる。

ところで、ワイヤボンディング装置等は、現在高精度化、高速化等の要求が強く、ワイヤを保持してボンディング処理を行うボンディングヘッドの移動は、高精度の位置決めを高速に行っている。したがって、ボンディング処理の前に表面処理を行うには、この高速化のボンディング装置特有の要求等を考慮しなければならない。引用文献２，３はボンディング処理との関係を顧慮せず、引用文献１はプラズマジェット部とワイヤボンディング部との一体構成の具体的内容が述べられていない。

このように、従来技術のボンディング装置においては、ボンディング処理との関係で効率的な表面処理を行うことが困難である。

本発明の目的は、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことを可能とするボンディング装置を提供することである。また、他の目的は、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する表面処理を可能にするボンディング装置を提供することである。

本発明に係るボンディング装置は、ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、先端部に巻回された高周波コイルを有するプラズマキャピラリであって、高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスをその先端部の開口からボンディング対象に噴出させて表面処理を行うプラズマキャピラリと、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、ボンディング対象をプラズマキャピラリの処理領域である表面処理用ステージに搬送し位置決め固定して表面処理を受けさせ、その後ボンディング対象をボンディングキャピラリの処理領域であるボンディング用ステージに移動搬送し位置決め固定してボンディング処理を受けさせる搬送機構と、ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、を備え、 ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、制御部は、同種類であるが別の個体である各ボンディング対象においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時平行的に行わせる制御をすることが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、ボンディング対象は、基板に搭載されたチップであって、搬送機構は、基板に搭載されたチップを保持し、ボンディング用ステージまたは表面処理用ステージに搬送し、ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたチップに対しボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるチップと同種類であるが別のチップであって表面処理用ステージに保持されたチップに対し表面処理を行い、制御部は、ボンディング用ステージのチップと表面処理用ステージのチップにおいてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時並行的に行わせる制御をすることが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、ボンディング対象は、完成ＬＳＩが配列された完成ウェーハであって、搬送機構は、完成ウェーハを保持し、ボンディング用ステージまたは表面処理用ステージに搬送し、ボンディング処理部は、ボンディング処理として、ボンディング用ステージに保持された任意の完成ＬＳＩのボンディングパッドに対しワイヤをボンディングしてバンプを形成し、プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理される完成ＬＳＩと同種類であるが別の完成ＬＳＩであって表面処理用ステージに保持された完成ＬＳＩに対し表面処理を行い、制御部は、ボンディング用ステージのチップと表面処理用ステージのチップにおいてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時並行的に行わせる制御をすることが好ましい。

また、本発明に係るボンディング装置において、ボンディング対象のボンディングを行う領域は、チップのボンディングパッドと、基板のボンディングリードとであって、制御部は、ボンディングパッドに対する表面処理条件とボンディングリードに対する表面処理条件とを異ならせる制御をすることが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、酸化ガスによって異物を除去する表面処理条件と、還元ガスによって酸化膜を除去する表面処理条件に応じて、表面処理ガスを酸化ガスと還元ガスとの間で切り換える切換手段を備えることが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、制御部は、ボンディングキャピラリの先端の位置とプラズマキャピラリの先端の位置を較正した上で、ボンディングキャピラリとプラズマキャピラリの両者の移動制御を同じシーケンスで同時に実行させ、ボンディングキャピラリの先端の移動とプラズマキャピラリの先端の移動とを同じとして、同種類であるが別の個体である各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時平行的に行わせる制御をすることが好ましい。

上記構成により、ボンディング処理部とともに、先端部に巻回された高周波コイルを有するプラズマキャピラリを含み、高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスを、プラズマキャピラリの先端部の開口からボンディング対象に噴出させて表面処理を行う誘導結合型のマイクロプラズマ発生部とを備える。したがって、１台のボンディング装置で、ボンディング対象に対し小さい領域にマイクロプラズマを照射して熱損傷の少ない表面処理を行う機能とボンディング処理機能とを備えることができ、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことが可能となる。

また、ボンディングキャピラリを有するボンディングアームの動作と、プラズマキャピラリを有するプラズマアームの動作とを、連動して制御するので、ボンディング処理との関係で効率的な表面処理を行うことが可能となる。ここで連動とは、バッチ処理ではなく同時並行的に動作することを意味しているが、同期的に動作すること、同期的ではないがほぼ同時期に順次的に動作すること等を含む。

また、同種類のボンディング対象をＡ、Ｂとして、その同じ部位、例えば同じボンディングパッドについて、ボンディング処理部はボンディング用ステージにおいてボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、表面処理用ステージにおいて表面処理を行うこととしたので、同時並行的にボンディング処理と表面処理とを行うことが可能となる。例えば、同様なシーケンスソフトウェアによって、ボンディング処理と表面処理とを実行させることができる。

また、ボンディングパッドに対する表面処理条件とボンディングリードに対する表面処理条件とを異ならせるので、表面処理の対象に応じて適切な処理を行うことができる。

以上のように、本発明に係るボンディング装置によれば、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことが可能となる。また、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する表面処理が可能となる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、チップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに関する、表面処理とボンディング処理とについて、特に通常のワイヤボンディングについて詳細に説明する。ここで通常のワイヤボンディング技術とは、基板上に搭載されたチップのボンディングパッドにワイヤのファーストボンディングを行い、そのワイヤを延ばしてボンディングリードにセカンドボンディングを行うものである。ボンディングパッドとボンディングリードに関する接続技術は、ボンディング対象の性質に応じ、ワイヤボンディング技術の他にも、チップを積層するスタックド素子におけるワイヤボンディング、フリップチップを形成する技術、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）技術、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）技術等様々な技術が用いられる。以下では通常のワイヤボンディング技術の他に、できるだけ多くの実施例を説明するが、これら以外のボンディングパッドとボンディングリードとに関する表面処理とボンディング処理についても、本発明が適用できる。

上記のように、ボンディング処理とは、ワイヤボンディングのみに限られず、広くチップのボンディングパッドと基板のボンディングリードとに関する接続処理を意味するものとするので、したがって、ボンディング処理に用いるボンディングツールは、ワイヤボンディングの場合においてワイヤを挿通するキャピラリであるが、その他の技術においては必ずしもキャピラリでないことがある。例えば、ＣＯＦの場合には、チップを把持してボンディングするコレットが、ボンディングツールとなる。

また、以下において、表面処理は、ボンディングパッド及びボンディングリードの双方に適用することを基本に説明するが、具体的なボンディング対象の性質によっては、いずれか一方を省略することも可能である。

また、表面処理としては、酸化、還元、エッチング等がある。以下では、プラズマキャピラリを１つとし、表面処理の内容はガス源の切換で行うものとして説明するが、ガス切換の遅れを無くすために、プラズマキャピラリを予め複数搭載し、それぞれを異なる表面処理用とすることもできる。

図１は、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置１０の構成図である。なお、ワイヤボンディング装置１０の構成要素ではないが、ボンディング対象８として基板に搭載されたチップが図示されている。ワイヤボンディング装置１０は、ボンディング対象８に対し、ボンディングを行う狭い領域、具体的にはチップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに、ボンディング処理前の表面処理をプラズマ化したガスの作用により行い、その後にボンディング処理を行う機能を有するワイヤボンディング装置である。

ワイヤボンディング装置１０は、ボンディング対象８を保持し所定の位置に搬送する搬送機構１２、ボンディングキャピラリ２４をボンディングアーム本体２２の先端に取り付けたボンディングアーム２１、ボンディングアーム２１を移動駆動するボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０、プラズマキャピラリ４０をプラズマアーム本体３２の先端に取り付けたプラズマアーム３１、プラズマアーム３１を移動駆動する表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０、表面処理用のガス供給部６０、表面処理用の高周波電力供給部８０、各要素を一体として制御する制御部９０を含んで構成される。ここで、プラズマキャピラリ４０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０は、マイクロプラズマ発生部３４を構成する。

ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は、ボンディングアーム２１を図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に移動駆動し、その任意の位置でボンディングキャピラリ２４の先端をＺ軸方向に上下駆動できる機能を有する。ボンディングアーム２１は、ボンディングアーム本体２２と、その先端に取り付けられるボンディングキャピラリ２４とを含んで構成される。ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は、ボンディングアーム本体２２を搭載する高速ＸＹテーブルと、ボンディングアーム本体２２を揺動駆動してその先端に取り付けられたボンディングキャピラリ２４を上下動させる高速Ｚモータとを含んで構成される。位置決めには、センサを用いたサーボ機構が用いられる。

ボンディングアーム２１は、上記のようにボンディングアーム本体２２と、その先端に取り付けられるボンディングキャピラリ２４とから構成されるが、図示されていない超音波トランスデューサによって超音波エネルギをボンディングキャピラリ２４に供給し、ボンディングキャピラリ２４に挿通されたボンディングワイヤをボンディング対象８に押し付けて接合させる機能を有する。ボンディングキャピラリ２４は、周知のように、ボンディングワイヤを挿通する細い筒状の部材である。ボンディングワイヤとしては金やアルミニウム等の細線を用いることができる。なお、図１には、ボンディングワイヤを供給するスプール、ボンディングワイヤの動きをクランプ又は解放するクランパ等の機構の図示を省略してある。

表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０は、後に詳述する表面処理用のプラズマキャピラリ４０を先端に有するプラズマアーム３１を図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に移動駆動し、その任意の位置でプラズマキャピラリ４０の先端をＺ軸方向に上下駆動できる機能を有する。プラズマアーム３１は、プラズマグアーム本体３２と、その先端に取り付けられるプラズマキャピラリ４０とを含んで構成される。図２は、プラズマアーム３１を抜き出して示したものである。このように、プラズマアーム本体３２およびプラズマキャピラリ４０の外観は、それぞれ、ボンディングアーム本体２２、ボンディングキャピラリ２４の外観と類似する。

表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０は、ほぼボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０と同様の機能を有する。相違するのは、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は高速高精度の移動駆動を必要とするが、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０はそれほどの位置決め精度を要しないところである。すなわち、表面処理が適用される領域は、ワイヤがボンディングパッド又はボンディングリードに接合される投影面積より広く、また、そのばらつきもある程度許容できるからである。したがって、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０を構成するＸＹテーブル、Ｚモータの性能は、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０のものと比較して緩和することができる。

また、このように表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０及びプラズマアーム本体３２およびプラズマキャピラリ４０は、ボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０及びボンディングアーム本体２２およびボンディングキャピラリ２４とほぼ同様な機能であるので、プラズマキャピラリ４０の先端の位置とボンディングキャピラリ２４の先端位置を較正することで、両者の移動制御を同じシーケンスで実行させることができる。つまり、同じシーケンスプログラムを適用して、ボンディング対象８に対するプラズマキャピラリ４０の先端の移動と、ボンディングキャピラリ２４の先端の移動を全く同じとできる。換言すれば、同じシーケンスプログラムを、同時に、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０とボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０に与えると、プラズマキャピラリ４０の先端の移動と、ボンディングキャピラリ２４の先端の移動とは同じとできる。つまりあたかも、表面処理用装置とボンディング用装置の２台が、全く同じ動きを同時に行うようにできる。

表面処理のためのマイクロプラズマ発生部であるプラズマキャピラリ４０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０の内容を説明する前に、残る構成要素を先に説明する。搬送機構１２は、ボンディング対象８を、プラズマキャピラリ４０の処理領域である表面処理用ステージ１４に搬送してそこで位置決め固定し、表面処理を受けさせ、その後、ボンディングキャピラリ２４の処理領域であるボンディング用ステージ１６に移動搬送し、そこで位置決め固定してボンディング処理を受けさせる機能を有する。かかる搬送機構１２は、搬送物をクランプさせて移動させる機構等を用いることができる。

制御部９０は、搬送機構１２、ボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０等と接続され、これらの要素に対し、ボンディング対象８に表面処理を行い、次いでボンディング処理を行わせる制御をする機能を有する電子回路装置である。かかる機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、表面処理とボンディング処理とを連動して実行する手順を具体化したワイヤボンディングプログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現してもよい。

次に表面処理のためのマイクロプラズマ発生部３４の詳細な内容を説明する。図３はマイクロプラズマ発生部３４の全体構成を示す図である。マイクロプラズマ発生部３４は、上記のようにプラズマアーム３１の先端のプラズマキャピラリ４０、及びこれに接続されるガス供給部６０、高周波電力供給部８０を含んで構成される。

プラズマキャピラリ４０は、絶縁体から構成される細い筒状部材の内部で表面処理用のマイクロプラズマを発生させ、これを先端部開口から噴出させてボンディング対象に照射する機能を有する部材である。照射する面積は、先端部開口の大きさ等で限定され、きわめて狭い領域であるので、噴出するプラズマをマイクロプラズマと呼ぶことができる。プラズマキャピラリ４０は、絶縁体からなる筒状のプラズマキャピラリ本体４２と、その先端部４６に近いところの外周に巻回される高周波コイル５０とを含んで構成される。

プラズマキャピラリ本体４２は、マイクロプラズマの源となるガスが供給される貫通穴４４を有し、高周波コイル５０が巻回される部分を除けばほぼボンディングキャピラリ２４と同じ寸法、同じ形状を有する。寸法の一例を上げると、長さが約１１ｍｍ、太い部分の直径が約１．６ｍｍ、貫通穴４４のガス供給側の直径が約０．８ｍｍ、先端部の開口４８の直径が約０．０５ｍｍである。材質もボンディングキャピラリ２４と同様に、アルミナ等のセラミックを用いることができる。

先端部４６に近いところに巻回される高周波コイル５０は、巻数が数ターンの導線である。なお、図３には図示されていなが、プラズマ点火用の点火装置が高周波コイルの近傍に配置される。

ガス供給部６０は、マイクロプラズマの源となるガスを供給する機能を有し、具体的には、表面処理用のガスを切り換える切換ボックス６２と、表面処理用のガスをキャリアガスに混合するための混合ボックス６４と、各種ガス源と、これら及びプラズマキャピラリ４０を接続する各種配管とを含んで構成される。ここで各種ガス源は、表面処理用ガス源として、酸化処理用の酸素ガス源６６と還元処理用の水素ガス源６８が、キャリアガス源としてアルゴンガス源７０がそれぞれ用いられる。

切換ボックス６２は、表面処理が酸化か還元かによって酸素ガス源６６と水素ガス源６８との間で切換を行い、適当な流量で混合ボックス６４に送る機能を有する。混合ボックス６４は、切換ボックス６２から送られてきた酸化ガス又は還元ガスを、適当な混合比でキャリアガスに混合し、プラズマキャピラリ４０の貫通穴４４に供給する機能を有する。切換ボックス６２、混合ボックス６４の制御は、制御部９０の下で行われる。なお、消費するガスの量は微量であるので、各ガス源は、小型のガスボンベを用いることができる。勿論、外部ガス源から専用配管によって切換ボックス６２、混合ボックス６４に接続するものとすることもできる。

表面処理用のガス源として、酸素ガスを用いるときは、ボンディング対象の表面における有機物等の異物を酸化によって除去することができる。また、表面処理用のガス源として、水素ガスを用いるときは、ボンディング対象の表面における酸化膜等を還元によって除去することができる。この他に、ボンディング対象によっては、フッ素系のエッチングガスを表面処理用のガス源として用いてもよい。例えば、ボンディングパッドについてその表面に薄く形成された金属酸化膜を除去するには水素ガスを用い、ボンディングリードについてその表面に付着する有機物を除去するには酸素ガスを用いる等のように、ボンディング対象によってマイクロプラズマの性質を切り換えることができる。

高周波電力供給部８０は、プラズマキャピラリ４０に、巻回された高周波コイル５０に、マイクロプラズマの生成を持続するための高周波電力を供給する機能を有し、整合回路８２と高周波電源８４を含んで構成される。整合回路８２は、高周波コイル５０に高周波電力を供給するときの電力反射を抑制するための回路で、例えば高周波コイル５０との間でＬＣ共振回路を構成する回路が用いられる。高周波電源８４は、例えば１３．５６ＭＨｚ又は１００ＭＨｚ等の周波数の電源を用いることができる。供給する電力の大きさは、ガス供給部６０から供給されるガスの種類、流量、マイクロプラズマの安定性等を考慮して決定される。高周波電源８４の制御は、制御部９０の下で行われる。

図４は、マイクロプラズマ発生部３４の作用として、プラズマキャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマ３００の様子を示す図である。マイクロプラズマ３００を生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当なガス種と流量で、ガスをプラズマキャピラリ４０の貫通穴４４に供給する。供給されたガスは、先端部の開口４８から外部に流れる。ついで、高周波電力供給部８０を制御し、適当な高周波電力を高周波コイル５０に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、図示されていない点火装置により点火する。供給されたガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、流れているガスに高周波電力による誘導プラズマが生成される。すなわちプラズマが点火する。供給されるガスがプラズマ化するプラズマ領域５２は、おおよそ高周波コイル５０の配置された位置から、ガスの下流側である。生成されたマイクロプラズマ３００は、プラズマキャピラリ４０の先端部開口４８から噴出する。

上記の寸法例では、開口４８の直径が０．０５ｍｍであるので、ボンディング対象物までの距離を適当に取ることで、ボンディングパッド及びボンディングリードの狭い領域のみにマイクロプラズマ３００を照射することができる。また、マイクロプラズマ３００を噴出させたままでも、ボンディング対象から遠く離せば、マイクロプラズマ３００はボンディング対象物に作用を及ぼさない。したがって、プラズマキャピラリ４０の上下によって、ボンディング対象に対するマイクロプラズマ３００の作用を制御できる。図５は、その様子を示す図で、ここでは、ボンディング対象８が、回路基板７に搭載されたチップ６として示される。そして、表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０を適当に制御することでプラズマキャピラリ４０の位置を移動させ、チップ６のボンディングパッド５と、回路基板７のボンディングリード４との位置において、プラズマキャピラリ４０からそれぞれマイクロプラズマ３００が照射される様子が示される。

上記構成のワイヤボンディング装置１０の動作について図６を用いて説明する。図６は、表面処理とボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。ワイヤボンディングを行うには、ワイヤボンディング装置１０を起動させ、搬送機構１２によってボンディング対象８を表面処理用ステージ１４に搬送し、位置決めする（表面処理位置決め工程）。

そして、制御部９０の指令により、マイクロプラズマ発生部３４の起動が行われ、プラズマキャピラリ４０においてマイクロプラズマ３００が点火され生成される。ガス種は、キャリアガスのみとし、まだ表面処理用ガスを混合しなくてもよい。このときは、プラズマキャピラリ４０はボンディング対象８より遠く離れており、マイクロプラズマ３００は何も作用しない（マイクロプラズマ生成工程）。

次にワイヤボンディングプログラムを起動させると、表面処理用ステージ１４においてボンディング用ステージ１６におけるのと同様な位置決めがなされ、最初のボンディングパッド５の真上における高い位置にプラズマキャピラリ４０が移動する（ボンディングパッド位置決め工程）。そして、制御部９０の指令により、ガス種を還元性ガス、すなわち水素とし、これをキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを還元性のマイクロプラズマ３０１とする（マイクロプラズマ設定工程）。

ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングパッド５に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。ここで予め、プラズマキャピラリ４０の先端位置を、ボンディングキャピラリの先端位置よりも還元性マイクロプラズマ３０１の作用高さ分オフセットさせておく。このことで、ワイヤボンディングプログラムがファーストボンディングする処理を行うとき、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１がそのボンディングパッド５を最適に照射する高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１は、ボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面とする（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図６（ａ）に示す。

次に、ワイヤボンディングプログラムは、プラズマキャピラリ４０を上方に引き上げ、ボンディングリード４の真上に移動させる（ボンディングリード位置決め工程）。そして、制御部９０の指令により、ガス種を酸化ガス、すなわち酸素とし、これをキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを酸化性マイクロプラズマ３０２とする（マイクロプラズマ設定工程）。

ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングリード４に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。そして、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、酸化性マイクロプラズマ３０２がそのボンディングパッド５を最適に照射する高さで止まる。そこで、酸化性マイクロプラズマ３０２は、ボンディングリード４の有機物異物を除去する（ボンディングリード表面処理工程）。その様子を図６（ｂ）に示す。

以下、ワイヤボンディングプログラムが進展するのにあわせ、制御部９０がマイクロプラズマ発生部３４を制御して、還元性マイクロプラズマ３０１、酸化性マイクロプラズマ３０２の特性を切り換えることで、順次、各ボンディングパッド５とボンディングリード４の表面処理が進められる。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とが、表面処理されている（表面処理終了工程）。

つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了したボンディング対象８を、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、ワイヤボンディングプログラムを起動させ、周知のように、ボンディングパッド５においてファーストボンディングを行い、ついでボンディングリード４においてセカンドボンディングを行う。その様子を図６（ｃ），（ｄ）に示す。このとき、ボンディングパッド５においては表面酸化膜が予め除去され、ボンディングリード４においては表面の有機物異物が除去されており、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が行われた様子を図６（ｅ）に示す。これを繰り返し、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とに関するボンディング処理が終了する（ボンディング処理終了工程）。

なお、上記において、ボンディングパッド５の表面処理を還元性マイクロプラズマ３０１による酸化膜除去、ボンディングリード４の表面処理を酸化性マイクロプラズマ３０２による有機物除去として説明したが、ボンディング対象８の性質によって、これらを組み合わせてもよく、また別の選択を行ってもよい。このようなガス種の設定は、制御部９０への入力として、ユーザが選択できるものとすることができる。

図３で説明したマイクロプラズマ発生部３４を、バンプボンディング装置に適用することができる。バンプボンディング装置とは、フリップチップ技術において、金バンプを形成するための装置である。すなわち、チップのボンディングパッドにワイヤボンディングの原理を用いて、金ワイヤをボンディングし、それを金バンプとするもので、いわば、通常のワイヤボンディング処理においてセカンドボンディングを省略したものに相当する。したがって、図１のワイヤボンディング装置１０において、搬送機構１２によって搬送されるボンディング対象８を、完成ＬＳＩが配列された完成ウェーハとしたものに相当する。

ボンディング対象８を完成ウェーハとするときは、表面処理用ステージ１４において、複数の完成ＬＳＩについてそれぞれのボンディングパッド５を表面処理する。そして、１枚の完成ウェーハについて全部のボンディングパッドの表面処理が終了すれば、ボンディング用ステージ１６に搬送される。そしてそこで、複数の完成ＬＳＩについてそれぞれのボンディングパッド５についてバンプが形成される。この場合においても、図６に関連して説明したように、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０に用いられるバンプボンディングプログラムを、表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０に同様に適用して、処理を共通化できる。

搬送機構１２を除き、他の構成要素の内容を図１のワイヤボンディング装置１０と同様にして構成されるバンプボンディング装置の動作を図７の工程図を用いて説明する。表面処理は、表面処理用ステージ１４において、プラズマキャピラリ４０を用いて行われる。ここでは、ガス種を水素とし、マイクロプラズマを還元性マイクロプラズマ３０１に設定する。

そして、バンプボンディングプログラムを表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０に適用することで、最初のＬＳＩの位置においてその最初のボンディングパッド５の真上にプラズマキャピラリ４０が来て、ついで、プラズマキャピラリ４０が下降し、ちょうどプラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１がそのボンディングパッド５を最適に照射する高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１は、ボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去する（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図７（ａ）に示す。この工程は、図６（ａ）に関連して説明した内容と同じである。

以下、バンプボンディングプログラムが進展するのにあわせ、順次各ＬＳＩの位置においてそれぞれのボンディングパッド５を表面処理する。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５が、表面処理されている（表面処理終了工程）。

つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了した完成ウェーハを、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、バンプボンディングプログラムを起動させ、最初のＬＳＩの位置において、その最初のボンディングパッド５において、金ワイヤをボンディングし、金バンプを形成する。その様子を図７（ｂ）に示す。このとき、ボンディングパッド５においては表面酸化膜が予め除去されており、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が終了し、金バンプ３が形成された様子を図７（ｃ）に示す。これを繰り返し、１枚のウェーハについて全部のＬＳＩにおける全部のボンディングパッド５について金バンプ３が形成される。

図３で説明したマイクロプラズマ発生部３４を、フリップチップボンディング装置に適用することができる。フリップチップボンディング装置は、図７で説明したようにバンプが形成されたチップを、回路基板にフェースダウンする装置である。したがって、この場合には、接続されるのは、チップ６のバンプ３と、ボンディングリード４である。そして、フェースダウンするためにチップは反転され、またフェースダウンボンディングのためのボンディングツールは、ボンディングキャピラリではなくて、フェースダウンされたチップを保持するコレットとなる。このように、フリップチップボンディング装置の具体的構成は、かなり図１のワイヤボンディング装置と異なる。

フリップチップボンディング装置においてマイクロプラズマ発生部３４を適用する局面は、チップを反転してコレットで保持する前に、チップのバンプ３について表面処理するときと、コレットでフェースダウンボンディングする前にボンディングリード４について表面処理するときである。

図８に、フリップチップボンディング装置においてマイクロプラズマ発生部３４を適用する場合の手順を示す。最初に、チップ６のボンディングパッド５上のバンプ３について、プラズマキャピラリ４０からマイクロプラズマを照射する。このときのガス種は、例えば酸素とし、酸化性マイクロプラズマ３０２を用いることができる。場合によって、ガス種を水素とし、還元性マイクロプラズマ３０１を用いてもよい。その様子を図８（ａ）に示す。そして、表面処理が終了したチップ６は反転され、コレット２６によってフェースダウン状態で保持される。フェースダウン状態とは、バンプ３が下向きであることである。コレット２６のチップ６の保持は、真空吸引で行うことができる。その様子を図８（ｂ）に示す。

そして、次に回路基板のボンディングリード４について表面処理が行なわれる。このときのガス種は、例えば酸素とし、酸化性マイクロプラズマ３０２を用いることができる。場合によって、還元性マイクロプラズマ３０１を選択してもよい。その様子を図８（ｃ）に示す。そして、フェースダウンで保持されたチップ６を、このボンディングリード４に対し位置決めし、フェースダウンボンディングする。その様子を図８（ｄ）に示す。ボンディングリード４にチップ６のバンプ３が接合された様子を図８（ｅ）に示す。

フリップチップ技術において、回路基板がフィルム基板のときは、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）と呼ばれるが、この場合の１つの技術として、ボンディングリードに低温半田を設けて、バンプ３との間を熱圧着により接合することが行なわれる。このときには、ボンディングリード４側の表面処理を省略し、バンプ３の表面処理のみ行うものとしてもよい。

上記の各実施形態においては、表面処理用ステージとボンディング用ステージとをそれぞれ設定し、それぞれにおいて表面処理用ＸＹＺ駆動機構とボンディング用ＸＹＺ駆動機構を用いて、プラズマアームとボンディングアームとを連動、すなわちプラズマキャピラリとボンディングキャピラリとを連動して動作させている。すなわち、同じ種類のボンディング対象の別々の個体について、表面処理とボンディング処理とを平行して行っている。

［参考実施例］
これに対し、同じ処理ステージ上で、同じボンディング対象の個体について、表面処理とボンディング処理とを連動して行うことも可能である。図９は、１つのＸＹＺ駆動機構１０２、１つのアーム１０３、１つの処理ステージ１０６を備える１ステージ型のワイヤボンディング装置１００の構成を示す図である。これと比較する意味で、図１のワイヤボンディング装置１０を２ステージ型と呼ぶことができる。以下において図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

１ステージ型のワイヤボンディング装置１００において、アーム１０３は、１つのアーム本体１０４に、ボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０の双方が取り付けられる。その様子を図１０に示す。ここで、プラズマキャピラリ４０と、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０とでマイクロプラズマ発生部３４を構成すること、及びその内容は、図３に関連して説明したものと同じである。

図１０のように、１つのアーム１０３がボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０とを有することで、ＸＹＺ駆動機構が１つで済み、構成が簡単となる。この場合の表面処理とボンディング処理の手順は、一般的には逐次交互的に行うことができる。例えば、１つのボンディングパッドについてプラズマキャピラリ４０を位置決めしてボンディングパッドの表面処理を行い、その後アーム１０３を移動させて対応するボンディングリードにプラズマキャピラリ４０を位置決めしてボンディングリードの表面処理を行う。このようにして１組のボンディングパッドとボンディングリードの表面処理が終わると、次にアーム１０３を移動させボンディングキャピラリ２４の位置をそのボンディングパッドのところに戻してワイヤのファーストボンディングを行い、続けて、ボンディングキャピラリ２４の位置をそのボンディングリードのところに移してセカンドボンディングを行う。

すなわち、２ステージ型ワイヤボンディング装置１０の動作に関連して説明した図６の手順において、（ａ）から（ｅ）を繰り返す。この手順は、表面処理−ボンディング処理−表面処理−ボンディング処理−というように、表面処理とボンディング処理とを交互に行い、そしてこれを、ボンディングパッドとボンディングリードの１組ごとに逐次的に行う。この方法は、ボンディングパッド及びボンディングリードについて、その表面処理の後、ボンディング処理までの時間を短くでき、表面処理の後に酸化膜や異物等が再付着する機会を減らしてボンディングを行うことができる。

図１０に示す構成は、１つのアーム本体１０４にボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０との双方が近接して平行に配置される。ボンディングキャピラリ２４に対しプラズマキャピラリ４０を傾けて取り付け、ボンディングキャピラリ２４の向かう先と、プラズマキャピラリ４０の向かう先をほぼ同じにすることで、アーム１０３の移動駆動はより簡単になる。すなわち、アーム１０３を移動させることなく、同じボンディングパッド又はボンディングリードに対し、プラズマキャピラリ４０からマイクロプラズマを照射して表面処理を行い、その後マイクロプラズマの生成を止めて、ボンディングキャピラリ２４を用いてワイヤをボンディングすることができる。

図１０の構成においては、１つのアーム本体１０４にボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０との双方が取り付けられるので、例えばアーム本体１０４が超音波エネルギをその先端側に効率よく伝達するためのホーンを兼ねる場合には、そのエネルギ伝達効率がプラズマキャピラリ４０の存在によって必ずしも最適とならないことがありえる。したがって、図１０の構成を用いるワイヤボンディング装置は、超音波エネルギを用いない方式、例えば熱圧着方式の場合に好適である。また、熱圧着を超音波エネルギによって支援する装置においても適用できる。

図１１は、１ステージ型ワイヤボンディング装置において、他のアーム構成の例を示す図である。この装置におけるアーム１２０は、基部１２２が共通で、ボンディングキャピラリ２４用のボンディングアーム本体１２４と、プラズマキャピラリ４０用のプラズマアーム本体１２６との２つが相互に干渉しないように分離して取り付けられる。基部１２２は、共通のＸＹＺ駆動機構に取り付けられる。

図１１に示す構成によれば、超音波エネルギを主体にしてボンディング処理を行う方式のボンディング装置においても、プラズマキャピラリ４０の影響をなくして、ボンディングアーム本体１２４の形状を最適に設定できる。

なお、図１１では、ボンディングキャピラリ２４に対しプラズマキャピラリ４０を傾けて取り付け、ボンディングキャピラリ２４の向かう先と、プラズマキャピラリ４０の向かう先をほぼ同じにする場合を示した。このようにすることで、上記のように、アーム１２０の移動駆動をより簡単にできる。もちろん、ボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０とを平行に配置してもよい。

本発明に係る実施の形態において、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置の構成図である。 本発明に係る実施の形態において、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを示す図である。 本発明に係る実施の形態において、マイクロプラズマ発生部の全体構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、プラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマの様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ボンディング対象にマイクロプラズマが照射される様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、表面処理とボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。 他の実施形態として、バンプボンディング装置の動作を示す工程図である。 他の実施形態として、フリップチップボンディング装置の動作を示す工程図である。 参考実施例として、１ステージ型のワイヤボンディング装置の構成を示す図である。 参考実施例として、１ステージ型のワイヤボンディング装置のアームを示す図である。 参考実施例として、１ステージ型ワイヤボンディング装置において、他のアーム構成の例を示す図である。

符号の説明

３ バンプ、４ ボンディングリード、５ ボンディングパッド、６ チップ、７ 回路基板、８ ボンディング対象、１０，１００ ワイヤボンディング装置、１２ 搬送機構、１４ 表面処理用ステージ、１６ ボンディング用ステージ、２０ ボンディング用ＸＹＺ駆動機構、２１ ボンディングアーム、２２，１２４ ボンディングアーム本体、２４ ボンディングキャピラリ、２６ コレット、３０ 表面処理用ＸＹＺ駆動機構、３１ プラズマアーム、３２，１２６ プラズマアーム本体、３４ マイクロプラズマ発生部、４０ プラズマキャピラリ、４２ プラズマキャピラリ本体、４４ 貫通穴、４６ 先端部、４８ 開口、５０ 高周波コイル、５２ プラズマ領域、６０ ガス供給部、６２ 切換ボックス、６４ 混合ボックス、６６ 酸素ガス源、６８ 水素ガス源、７０ アルゴンガス源、８０ 高周波電力供給部、８２ 整合回路、８４ 高周波電源、９０ 制御部、１０２ ＸＹＺ駆動機構、１０３，１２０ アーム、１０４ アーム本体、１０６ 処理ステージ、１２２ 基部、３００ マイクロプラズマ、３０１ 還元性マイクロプラズマ、３０２ 酸化性マイクロプラズマ。

Claims (6)

1. ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
   先端部に巻回された高周波コイルを有するプラズマキャピラリであって、高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスをその先端部の開口からボンディング対象に噴出させて表面処理を行うプラズマキャピラリと、
   プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、
   ボンディング対象をプラズマキャピラリの処理領域である表面処理用ステージに搬送し位置決め固定して表面処理を受けさせ、その後ボンディング対象をボンディングキャピラリの処理領域であるボンディング用ステージに移動搬送し位置決め固定してボンディング処理を受けさせる搬送機構と、
   ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、
   を備え、
   ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、
   プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、
   制御部は、同種類であるが別の個体である各ボンディング対象においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時並行的に行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
2. 請求項１に記載のボンディング装置において、
   ボンディング対象は、基板に搭載されたチップであって、
   搬送機構は、基板に搭載されたチップを保持し、ボンディング用ステージまたは表面処理用ステージに搬送し、
   ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたチップに対しボンディング処理を行い、
   プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるチップと同種類であるが別のチップであって表面処理用ステージに保持されたチップに対し表面処理を行い、
   制御部は、ボンディング用ステージのチップと表面処理用ステージのチップにおいてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時並行的に行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
3. 請求項１に記載のボンディング装置において、
   ボンディング対象は、完成ＬＳＩが配列された完成ウェーハであって、
   搬送機構は、完成ウェーハを保持し、ボンディング用ステージまたは表面処理用ステージに搬送し、
   ボンディング処理部は、ボンディング処理として、ボンディング用ステージに保持された任意の完成ＬＳＩのボンディングパッドに対しワイヤをボンディングしてバンプを形成し、
   プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理される完成ＬＳＩと同種類であるが別の完成ＬＳＩであって表面処理用ステージに保持された完成ＬＳＩに対し表面処理を行い、
   制御部は、ボンディング用ステージのチップと表面処理用ステージのチップにおいてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時並行的に行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
4. 請求項２に記載のボンディング装置において、
   ボンディング対象のボンディングを行う領域は、基板に搭載されたチップのボンディングパッドと、基板のボンディングリードとであって、
   制御部は、ボンディングパッドに対する表面処理条件とボンディングリードに対する表面処理条件とを異ならせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
5. 請求項４に記載のボンディング装置において、
   酸化ガスによって異物を除去する表面処理条件と、還元ガスによって酸化膜を除去する表面処理条件に応じて、表面処理ガスを酸化ガスと還元ガスとの間で切り換える切換手段を備えることを特徴とするボンディング装置。
6. 請求項１に記載のボンディング装置において、
   制御部は、
   ボンディングキャピラリの先端の位置とプラズマキャピラリの先端の位置を較正した上で、ボンディングキャピラリとプラズマキャピラリの両者の移動制御を同じシーケンスで同時に実行させ、ボンディングキャピラリの先端の移動とプラズマキャピラリの先端の移動とを同じとして、同種類であるが別の個体である各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを同時平行的に行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。

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